載波聚合在微波鏈路設計中的應用研究

顧 浩

（中興通訊股份有限公司，江蘇南京 210012）

0 引言

微波通信作為三大通信傳播系統之一，因其具有傳輸容量大、長途傳輸質量穩定、投資少、建設周期短、維護方便等特點，得到了廣泛的應用[1-2]。微波鏈路設計是微波網絡規劃設計的基礎，其有效性直接影響著通信質量。微波鏈路設計對于微波網絡規劃和通信質量的重要性也引起了國內部分專家和學者的關注，并對其開展了一些有益的研究。張旭[3]針對空間站時頻系統微波鏈路的構建提出了具體的設計思路，并對高精度時間頻率測量和載波相位整周模糊度精確解算兩項關鍵技術進行了重點分析和研究；杜鑫[4]對微波通信鏈路設計中的關鍵因素和計算參數進行了分析，并介紹了設計中的一些關鍵技術；陳波[5]分析了自由空間傳播的損耗、視距傳播的大氣效應、微波傳輸的地面效應以及微波傳輸鏈路中的影響因素，并詳細介紹了關鍵參數的計算。

然而，隨著4G基站數量增加和5G基站數量的快速增長，基站的回傳容量需求亦持續快速增長。一方面，微波回傳場景下，頻譜資源的短缺與回傳容量的需求快速增長已形成巨大矛盾，如何充分利用現有頻譜是一個難題。另一方面，有相當一部分的微波鏈路在因各種原因退網后，釋放的頻譜資源無法立即得到有效的利用，或者重新進行部署代價過高，造成了全局頻率資源短缺與局部頻率資源浪費并存的現象。如何解決上述矛盾已成為微波通信領域的重要問題。載波聚合（Carrier Aggregation，CA）是將多個連續或者不連續的載波聚合成一個更寬的頻譜來提高傳輸數據容量的技術，其可在不增加射頻ODU（Outdoor Unit）等硬件的條件下通過增加頻點實現快速部署，既可以充分利用釋放掉的頻率資源，又可以避免大量硬件的增加[6-7]。本文將載波聚合技術引入到微波鏈路設計中，指出設計中需要關注的問題，并對基于載波聚合的微波鏈路和常規配置微波鏈路的性能進行對比分析。

1 微波鏈路設計中需要關注的問題

基于載波聚合的微波鏈路設計除了需要遵循常規微波鏈路設計規劃和流程外，還需要額外關注支持的設備配置類型、使用場景限制、設備發射功率回退和軟件工具配置方式等問題。本文以國內某公司的NR9000系列設備為例，分析所需關注的問題。

1.1 設備配置類型

目前來說，支持載波聚合配置的設備限于少數系列設備的部分型號，以最新的NR9000系列設備為例，其CA模式的具體配置如表1所示。

表1 NR9000系列CA模式配置表

1.2 使用場景限制

不同的設備支持的載波聚合微波鏈路配置不同，同一種設備也有不同的配置組合，因此，確定不同組合條件下的限制條件是必要的。NR9000系列的CA配置相較于之前的系列設備支持的ODU類型更多，配置組合也更豐富。當ODU為1T1R時，NR9000系列的CA配置與常規配置的對比圖如圖1所示。

圖1 NR9000系列不同配置對比圖

NR9000系列的CA配置使用場景限制如下：

（1）兩個波道（頻點）須在同一個子帶內。

（2）對于調制解調板CSA/CSA2/MD/MD2與表1中射頻單元的組合，帶寬和頻率需滿足式（1），最高調制方式支持4096QAM。

式中：BW為帶寬；F為頻率。

（3）對于調制解調板ME2與射頻單元SRU3D的組合，帶寬和頻率需滿足式（2），最高調制方式支持1024QAM。

（4）兩個波道可以是臨頻，也可以是隔頻（不限于隔一個波道）。

（5）同一個ODU射頻端口的兩個波道必須為相同極化方式。

（6）發射功率相對于普通配置方式有回路。

（7）如果配置ACM（Adaptive Coding and Modulation）功能，則CA的兩個波道配置需要保持一致，并且不建議開啟ATPC（Auto Transmit Power Control）功能。

1.3 發射功率回退

設備采用載波聚合的配置后，ODU的發射功率相當于普通配置的ODU發射功率有回路，以滿足ODU的射頻標準要求。此時的發射功率是ODU的整機發射功率，即兩個CA波道的發射功率之和，每個波道的實際發射功率為總發射功率的一半，即在整機發射功率基礎上減去3 dB。

發射功率降低造成的一個結果就是相同配置下的鏈路傳輸距離比普通鏈路縮短或鏈路指標有所降低，在設計中應特別注意并以仿真計算結果為準。然而，對于省去了合路器的CA配置，因減少了兩端合路器的損耗，可以在一定程度上補償ODU發射功率回退造成的性能降低，甚至在一些ODU發射功率回退較小的情況下，CA鏈路的性能可能優于常規的配置類型性能。

1.4 軟件工具配置方式

載波聚合的硬件和軟件組合不同于常規設計的組合邏輯，如表2所示，對載波聚合的配置類型采用常規表示方式增加CA字樣。

表2 常規配置與CA配置對比表

由表2可知，1T1R相同容量條件下，CA的射頻硬件ODU配置是常規類型配置的一半，而且對于4+0的配置，CA減少了合路器。由于合路器的減少，微波的損耗將降低到7～8 dB，即使考慮CA的發功回退，在NR9000系列設備中，CA鏈路性能將與常規鏈路性能處于相同水平，甚至略優。

鏈路設計中載波聚合的配置類型在工具軟件中可以按照圖2方式設置，鏈路設計中的設備文件配置可以按照圖3中的配置進行設置。

圖2 配置類型在工具中的設置

圖3 設備文件在工具中的設置

2 微波鏈路性能分析

為了驗證載波聚合在微波鏈路設計中的有效性，本文以衰落儲備和年可用度為性能指標，對基于載波聚合的微波鏈路與常規微波鏈路進行性能對比分析。選取NR9000系列的常規配置和CA模式進行對比，兩種設備的配置類型分別為4+0 XPIC和4+0 CA XPIC，鏈路計算采用配置和設置如表3所示。

表3 NR9000系列具體配置和設置

2.1 衰落儲備對比

衰落儲備是微波鏈路技術指標中一個必不可少的參數，它是影響鏈路年可用度的重要因素之一，因此，以衰落儲備作為指標進行對比分析可以較好地體現出不同微波鏈路的性能。

圖4為輸出距離在0～15 km范圍內NR9000系列在常規配置和CA配置下的衰落儲備對比圖。

圖4 衰落儲備對比圖

從圖中不難看出，在相同傳輸距離下，CA配置的衰落儲備要略高于常規配置，說明即便在CA配置發功回退后，綜合合路器損耗等因素，CA配置的性能仍然優于常規配置。

2.2 年可用度對比

年可用度是衡量微波鏈路設計質量最重要的一個參數，也是所有微波項目中必不可少的參數。為了更加全面地分析不同配置的年可用度，本文選取了4個不同雨區條件分別進行計算分析，具體計算結果如圖5所示。

圖5 不同雨區的年可用度對比圖

從圖中可以發現，在不同雨區條件下，隨著傳輸距離的增大，年可用度相應降低；在相同傳輸距離下，CA配置的年可用度要高于常規配置，特別是隨著傳輸距離增大，這一趨勢愈發明顯，說明了CA配置的性能優于常規配置。

3 結語

利用載波聚合技術將兩個不同波道聚合在一起使用同一個收發機進行收發，能夠有效解決頻譜資源短缺和傳輸容量需求日益增長之間的矛盾。因此，在適合的場景下科學應用載波聚合技術，對于提升通信質量十分有益。本文根據載波聚合技術的特點，分析了其在微波鏈路設計中應注意的問題，并通過性能指標的計算與分析，驗證了載波聚合在微波鏈路設計中的有效性。通過本文的分析，可加深對微波鏈路設計中載波聚合設置和常規設置的認識，有利于載波聚合技術在微波鏈路設計中的有效應用。